CN110482568A - 一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法及系统 - Google Patents
一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法及装置，依次包括现有中小氮肥厂的变换至氨合成各个步骤，其在变换步骤前增加预变换步骤和旁路设施，将新型煤气化过来的CO含量高的煤气进行预变换，形成现有氮肥厂所能适应的CO浓度煤气。本发明还在原变脱装置前增加预脱硫装置，保证变脱装置可以利旧；在利旧甲醇化装置增设预甲醇化装置和旁路设施，在利旧甲烷化装置前增设了预甲烷化装置，并增加了可以副产SNG/LNG的液氮洗装置。采用本发明来对中小氮肥厂进行环保升级改造，整个流程更为优化，改动小，设备利旧充分，投资低，扩展了高附加值产品种类，可灵活调节产品构成，提高了全流程的增产节能效果和经济性能。
Description
技术领域
本发明属于对以煤为原料的中小氮肥厂环保升级改造技术领域，尤其涉及一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法及系统,其通过对原甲醇化，甲烷化或者醇烷化工段进行改造，并在分子筛精制单元后设置特殊设计液氮洗装置以副产甲醇、SNG/LNG的产品。
背景技术
因为历史原因，我国中小氮肥厂造气技术多采用效率低下、污染问题严重的固定床间歇造气技术。随着近年环保力度的加强，国家已经开始强制淘汰这种老式造气方式，改为高效环保的洁净煤气化技术。
鉴于国内中小氮肥厂众多，且传统煤化工经济形式并非太好，在保证环保过关的前提下，如何尽量利用原有设备降低改造投资，增加产品附加值成了国内中小氮肥厂家能否存活必须要面对的难题。
现阶段，国内对中小氮肥的改造大概有以下几种路线：
1.从造气到氨合成装置的所有设备全部扒掉，新上整套合成氨装置。这种路线所需投资及其庞大，对利润率并不高的中小氮肥厂家来说存在很大的资金困难，且设备无法进行利旧浪费严重，对中小氮肥厂家并不适用。
2.保留高压氨合成工段，但扒掉从气化、脱硫、脱碳，双甲精制、压缩之间的全部工段，新上洁净煤气化，耐硫变换，低温甲醇洗和液氮洗装置。此路线的优点是通过液氮洗深冷分离，减小惰性气含量，从而优化氨合成操作，降低后续能耗。但原设备利旧不充分，投资也极其巨大，虽相对第一种路线稍有改善，但对中小型氮肥厂家的资金压力依旧巨大。
3.采用新型煤气化技术，去掉原厂电除尘，气柜、半脱等低压部分，保留并对变换、变脱和脱碳、以及压缩和双甲精制等工段进行技术升级改造，对氨合成回路进行改造达到保持氨产能的目的,在氨合成回路驰放富含CH4的尾气，利用氢回收和深冷流程生产LNG。这种路线的优点是旧设备进行了相对充分的利旧，且回收了LNG，改造投资有显著降低，但新气化技术CO含量高对变换和脱碳等技术要求较高，改造的难度大，且会生成大量的甲烷。甲烷作为惰性组分在氨合成工段大量循环，使能耗物耗升高，甚至导致合成回路产能降低而不能满足要求。
本发明申请人多年来对中小氮肥装置的设计运行积累了丰富的经验，并申请了多项专利。
本发明申请人的专利CN201665527U《一次通过式等温双甲深度净化装置》适用于中小氮肥厂合成气的深度净化，但无法实现SNG/LNG的生产也无法调节甲醇的产量，其合成气虽然满足了氨合成催化剂要求，但副产甲烷作为惰性组分对氨合成有显著负面影响，会导致回路操作压力高能耗高，且有效气损失较大.
本发明申请人的专利申请号201210245434.9《液氮洗净化制氨合成新鲜气并联产SNG或/和LNG的方法及装置》适用于低温甲醇洗后带有CO和CH4的低温合成气净化，但无法直接适用于中小氮肥中采用双甲精制的高温合成气回收SNG/LNG。
本发明申请人根据其的技术积累，针对国内现有中小氮肥厂改造路线的缺点和不足，提出了采用预变换、预脱硫、部分变换，将等温双甲深度净化装置改为部分甲醇化和深度甲烷化技术，配置改进后副产LNG/SNG液氮洗装置等技术对中小氮肥厂进行升级改造，不仅旧设备利旧充分、投资低，还可以副产SNG/LNG，并能根据市场对氨、甲醇和LNG的需求变化灵活调节产品构成以实现经济效益的最大化。同时采用本技术改造后的装置，可以降低氨合成工段的能耗，减少有效气损失，增加产能。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有国内中小氮肥厂改造方面所存在的上述技术问题而提供一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法。其采用新型洁净煤气化，预脱硫、部分变换，部分甲醇化，深度甲烷化，和液氮洗副产LNG/SNG等综合改造技术对中小氮肥厂进行环保升级改造，达到充分利旧、降低投资、增产节能、以及改善产品构成增加经济效益的目的，其中新型煤气化技术不在本发明界区范围内。
本发明的目的之二是提供一种实现上述用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制方法的系统。
为了实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案如下：
一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，依次包括现有中小氮肥厂的变换步骤、半脱再生步骤、变脱步骤、脱碳步骤、煤气压缩步骤、甲烷化步骤、合成气压缩步骤、氨合成步骤，所述氨合成步骤产出液氨；其特征在于，在所述变换步骤前增加一预变换步骤，该预变换步骤将新型煤气化过来的CO含量高的煤气进行预变换，形成现有中小氮肥厂的变换步骤所能适应的CO浓度煤气。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的变换步骤旁设置有一旁路，以调节所述现有中小氮肥厂的变换步骤的变换深度，以使用各种产品的产量能灵活调节。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的变换步骤与变脱步骤之间增加一预脱硫步骤，所述预脱硫步骤中的溶剂采用现有中小氮肥厂的半脱再生步骤进行再生操作，从而充分利旧减少新增设备数量。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤与甲烷化步骤之间再增加一甲烷化步骤，以保证所述现有中小氮肥厂的甲烷化步骤负荷不变可以利旧。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的甲烷化步骤与合成气压缩步骤之间增加一液氮洗步骤，以脱除合成气中的各种杂质并副产LNG/SNG产品。
在本发明的一个优选实施例中，还包括现有中小氮肥厂的甲醇化步骤和甲醇精馏步骤，所述现有中小氮肥厂的甲醇化步骤设置在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤与新增的甲烷化步骤之间，同时在所述现有中小氮肥厂的甲醇化步骤与所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤之间还增加一甲醇化步骤，其中增加的甲醇化步骤称为第一甲醇化步骤，现有中小氮肥厂的甲醇化步骤称为第二甲醇化步骤；经过所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤压缩的煤气一部分送入新增的甲烷化步骤进行甲烷化，另一部份首先进入第一甲醇化步骤进行第一次甲醇化，经过第一次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入第二甲醇化步骤进行进行甲醇化，另一部分送入甲醇精馏步骤进行精馏得到甲醇送出；经过第二次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入新增的甲烷化步骤进行甲烷化，另一部分送入送入甲醇精馏步骤进行精馏得到甲醇送出。
作为本发明第二方面的一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，依次包括现有中小氮肥厂的变换利旧装置、半脱再生利旧装置、变脱利旧装置、脱碳利旧装置、煤气压缩利旧装置、甲烷化利旧装置、合成气压缩利旧装置、氨合成利旧装置，所述氨合成利旧装置产出液氨；其特征在于，在所述变换利旧装置前增加一预变换装置，该预变换装置将新型煤气化装置过来的CO含量高的煤气进行预变换，形成现有中小氮肥厂的变换利旧装置所能适应的CO浓度煤气。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的变换利旧装置旁设置有一旁路，以调节所述现有中小氮肥厂的变换利旧装置的变换深度，以使用各种产品的产量能灵活调节。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的变换利旧装置与变脱利旧装置之间增加一预脱硫装置，所述预脱硫装置中的溶剂采用现有中小氮肥厂的半脱再生利旧装置进行再生操作，从而充分利旧减少新增设备数量。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置与甲烷化利旧装置之间再增加一甲烷化装置，以保证所述现有中小氮肥厂的甲烷化利旧装置负荷不变可以利旧。
在本发明的一个优选实施例中，在所述现有中小氮肥厂的甲烷化利旧装置与合成气压缩利旧装置之间增加一液氮洗装置，以脱除合成气中的各种杂质并副产LNG/SNG产品。
在本发明的一个优选实施例中，还包括现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置和甲醇精馏利旧装置，所述现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置设置在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置与新增的甲烷化装置之间，同时在所述现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置与所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置之间还增加一甲醇化装置，其中增加的甲醇化装置称为第一甲醇化装置，现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置称为第二甲醇化装置；经过所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置压缩的煤气一部分送入新增的甲烷化装置进行甲烷化，另一部份首先进入第一甲醇化装置进行第一次甲醇化，经过第一次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入第二甲醇化装置进行甲醇化，另一部分送入甲醇精馏利旧装置进行精馏得到甲醇送出；经过第二次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入新增的甲烷化装置进行甲烷化，另一部分送入甲醇精馏利旧装置进行精馏得到甲醇送出。
由于采用了如上的技术方案，采用本发明改造后的中小氮肥装置具有如下优点：
(1)利旧充分，改造投资低
采用预脱硫，预变换和副产LNG/SNG液氮洗技术对老厂的净化部分进行改造，基本可以保留利用原半脱再生装置，变脱装置、脱碳装置、压缩级双甲精制装置、氨合成装置等原厂绝大部分主要设备，对这些原有设备进行不改或小改，将新增设备的数量和投资降到最低。
(2)产品结构灵活可调，经济效益高
采用部分变换技术，部分甲醇化技术，深度甲烷化技术和副产SNG/LNG的液氮洗技术，可以增加SNG/LNG产品，并能对液氨，甲醇和SNG/LNG三种产品产量进行调节。根据季节不同、市场对各种产品的需求不同、价格不同，灵活调整三种产品的产量构成，以实现整个工厂经济效益的最大化。
(3)增产节能，减少有效气损失
采用深度甲烷化技术和副产SNG/LNG的液氮洗技术进行改造后，进氨合成塔的合成气几乎不含甲烷等惰性气。参加反应的有效气体分压提高，从而可以降低操作压力，减小循环量，节省压缩功耗。也因合成气不含甲烷等惰性气，原来的氨合成尾气取消，装置不再损失有效气，节省出来的有效气可以用来生产液氨从而增加产能。
本发明针对以煤为原料采用间歇固定床造气技术的中小氮肥厂的变换工段、脱硫工段、脱碳工段，双甲精制工段进行环保节能升级改造。改造后，原厂的绝大部分主体设备得到保留，基本不改或小改，从而降低改造投资，减轻企业的改造负担。并通过改善产品构成实现企业经济效益最大化。
与现有技术相比，本发明具有如下技术特征：
(1)在原变换装置前设置预变换装置，保证进原变换装置前的煤气中CO含量基本不变，从而降低原变换装置的负荷，保证原变换装置基本不做改造即可实现利旧。
(2)采用在原变换装置的第一变换装置前或后设置旁路的部分变换技术调节进双甲精制工段的CO含量，为甲醇和SNG/LNG的生产提供原料以灵活调节各产品产量。
(3)在原变脱装置前设置预脱硫装置，并利旧原半脱再生装置，保证进变脱装置的变换气硫含量与原设计基本一致，从而保证变脱工段基本不需改造，最大程度的实现设备利旧，降低投资。
(4)在甲醇化装置增设预甲醇装置，并设置旁路，以实现调节甲醇产量的目的。在原甲烷化前设置预甲烷化工艺以实现调节SNG/LNG产量的目的。
(5)在原分子筛精制后，氨合成回路前设置可副产LNG/SNG的液氮洗装置，以副产SNG/LNG，并降低合成气进氨合成装置的甲烷等惰性气含量，从而达到节省有效气，降低操作压力的增产节能目的。
(6)对于副产SNG/LNG的液氮洗装置换热流程进行优化，将出分子筛的高温合成气送到第一板翅式换热器，并增加换热面积，以实现冷量的高效利用。
与现有技术相比，本发明还具有如下效果：
(1)采用本发明来对中小氮肥厂进行环保升级改造，整个流程更为优化，改动小，设备利旧充分，投资低，扩展了高附加值产品种类，可灵活调节产品构成，提高了全流程的增产节能效果和经济性能：
(2)采用本发明，可以基本保留利用原半脱再生装置，变脱装置、脱碳装置、压缩及双甲精制装置、氨合成装置等原厂绝大部分主要设备，对原有设备不做改动或只进行小改，设备利旧非常充分，将新增设备的数量和投资降到最低，可显著降低改造项目的财务成本。
(3)采用本发明，可根据季节不同、市场对各种产品的需求不同、各产品价格的不同，灵活调整液氨、甲醇、LNG/SNG三种产品的产量构成，以实现整个工厂经济效益的最大化。
(4)采用本发明，可有效降低进氨合成塔甲烷等惰性气的含量。提高有效气体分压，从而降低操作压力，减小循环量，节省压缩功耗。并可以有效减少有效气损失，增加液氨产能。
附图说明
图1为本发明一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和原山西某中型氮肥厂改造为例来详细说明本发明。
原山西某中型氮肥厂采用采用多台固定床间歇式造气炉造气，其变换工段采用全低变耐硫工艺；变脱工段采用湿式氧化法脱硫工艺；脱碳工段采用NHD脱碳工艺，采用双甲精制工艺深度净化合成气，合成工段年产18万吨合成氨。2017年根据国家政策要求，淘汰落后的间歇造气技术而代之以新型洁净煤气化技术。
在本改造实例中，参见图1，一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制系统，依次包括现有中小氮肥厂的变换利旧装置100、半脱再生利旧装置110、变脱利旧装置120、脱碳利旧装置130、煤气压缩利旧装置140、甲烷化利旧装置150、合成气压缩利旧装置160、氨合成利旧装置170。氨合成利旧装置170产出液氨。
本发明的特点在于：在变换利旧装置100前增加一预变换装置210，该预变换装置210将新型煤气化装置180过来的CO含量高的煤气进行预变换，形成现有中小氮肥厂的变换利旧装置100所能适应的CO浓度煤气，从而保证原变换装置可以利旧。该预变换装置210为一预变换炉。
在现有中小氮肥厂的变换利旧装置100旁设置有一旁路190，以调节现有中小氮肥厂的变换利旧装置100的变换深度，以使用各种产品的产量能灵活调节。
为保证原变换利旧装置100可利旧，在现有中小氮肥厂的变换利旧装置100与变脱利旧装置120之间增加一预脱硫装置220，预脱硫装置220中的溶剂采用现有中小氮肥厂的半脱再生利旧装置110进行再生操作，从而充分利旧减少新增设备数量，保证进变脱工段的变换气硫含量与原设计基本一致，从而保证变脱工段基本不需改造，最大程度的实现设备利旧，降低投资。预脱硫装置220为文丘里预脱硫装置。
在原变脱、脱碳工段的设备充分利旧后，本发明在现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置140与甲烷化利旧装置150之间再增加一甲烷化装置230，以保证所述现有中小氮肥厂的甲烷化利旧装置负荷不变可以利旧。
本发明在现有中小氮肥厂的甲烷化利旧装置150与合成气压缩利旧装置160之间增加一液氮洗装置240，以脱除合成气中的各种杂质并副产LNG/SNG产品。
另外，如果现有中小氮肥厂还具有甲醇化利旧装置101和甲醇精馏利旧装置102的话，本发明在原变脱、脱碳工段的设备充分利旧后，在现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置101和现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置140之间还增加一甲醇化装置250，其中增加的甲醇化装置250称为第一甲醇化装置，现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置101称为第二甲醇化装置；新增的甲醇化装置250可根据业主要求是可选的，如果希望增加甲醇产量就设置预甲醇化工段，如果不希望增加甲醇产量而希望多产LNG/SNG的话，则预甲醇化工段可省略以降低投资。
经过所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置140压缩的煤气一部分送入新增的甲烷化装置250进行甲烷化，另一部份首先进入第一甲醇化装置进行第一次甲醇化，经过第一次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入第二甲醇化装置进行甲醇化，另一部分送入甲醇精馏利旧装置102进行精馏得到甲醇送出；经过第二次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入新增的甲烷化装置230进行甲烷化，另一部分送入甲醇精馏利旧装置102进行精馏得到甲醇送出。
采用本技术改造后，装置在原产品方案基础上可以新增了高附加值LNG/SNG产品，并能根据市场对不同产品的需求和价格不同，通过旁路来调节各种产品的产量，从而实现整个工厂经济效益的最大化。同时，因为液氮洗装置将合成气中的杂质惰性组分几乎全部脱除，氨合成工段不再损失有效气，操作压力也可以降低，从而最大程度的达到节能降耗和增产的目的。
Claims (12)
1.一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，依次包括现有中小氮肥厂的变换步骤、半脱再生步骤、变脱步骤、脱碳步骤、煤气压缩步骤、甲烷化步骤、合成气压缩步骤、氨合成步骤，所述氨合成步骤产出液氨；其特征在于，在所述变换步骤前增加一预变换步骤，该预变换步骤将新型煤气化过来的CO含量高的煤气进行预变换，形成现有中小氮肥厂的变换步骤所能适应的CO浓度煤气。
2.如权利要求1所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的变换步骤旁设置有一旁路，以调节所述现有中小氮肥厂的变换步骤的变换深度，以使用各种产品的产量能灵活调节。
3.如权利要求2所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的变换步骤与变脱步骤之间增加一预脱硫步骤，所述预脱硫步骤中的溶剂采用现有中小氮肥厂的半脱再生步骤进行再生操作，从而充分利旧减少新增设备数量。
4.如权利要求3所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤与甲烷化步骤之间再增加一甲烷化步骤，以保证所述现有中小氮肥厂的甲烷化步骤负荷不变可以利旧。
5.如权利要求4所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的甲烷化步骤与合成气压缩步骤之间增加一液氮洗步骤，以脱除合成气中的各种杂质并副产LNG/SNG产品。
6.如权利要求5所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的方法，其特征在于，还包括现有中小氮肥厂的甲醇化步骤和甲醇精馏步骤，所述现有中小氮肥厂的甲醇化步骤设置在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤与新增的甲烷化步骤之间，同时在所述现有中小氮肥厂的甲醇化步骤与所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤之间还增加一甲醇化步骤，其中增加的甲醇化步骤称为第一甲醇化步骤，现有中小氮肥厂的甲醇化步骤称为第二甲醇化步骤；经过所述现有中小氮肥厂的煤气压缩步骤压缩的煤气一部分送入新增的甲烷化步骤进行甲烷化，另一部份首先进入第一甲醇化步骤进行第一次甲醇化，经过第一次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入第二甲醇化步骤进行甲醇化，另一部分送入甲醇精馏步骤进行精馏得到甲醇送出；经过第二次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入新增的甲烷化步骤进行甲烷化，另一部分送入甲醇精馏步骤进行精馏得到甲醇送出。
7.一种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，依次包括现有中小氮肥厂的变换利旧装置、半脱再生利旧装置、变脱利旧装置、脱碳利旧装置、煤气压缩利旧装置、甲烷化利旧装置、合成气压缩利旧装置、氨合成利旧装置，所述氨合成利旧装置产出液氨；其特征在于，在所述变换利旧装置前增加一预变换装置。
8.如权利要求7所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的变换利旧装置旁设置有一旁路。
9.如权利要求8所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的变换利旧装置与变脱利旧装置之间增加一预脱硫装置。
10.如权利要求9所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置与甲烷化利旧装置之间再增加一甲烷化装置。
11.如权利要求10所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，其特征在于，在所述现有中小氮肥厂的甲烷化利旧装置与合成气压缩利旧装置之间增加一液氮洗装置。
12.如权利要求12所述的种用于改造中小氮肥厂的副产烷醇及冷热联合精制的系统，其特征在于，还包括现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置和甲醇精馏利旧装置，所述现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置设置在所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置与新增的甲烷化装置之间，同时在所述现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置与所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置之间还增加一甲醇化装置，其中增加的甲醇化装置称为第一甲醇化装置，现有中小氮肥厂的甲醇化利旧装置称为第二甲醇化装置；经过所述现有中小氮肥厂的煤气压缩利旧装置压缩的煤气一部分送入新增的甲烷化装置进行甲烷化，另一部份首先进入第一甲醇化装置进行第一次甲醇化，经过第一次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入第二甲醇化装置进行甲醇化，另一部分送入甲醇精馏利旧装置进行精馏得到甲醇送出；经过第二次甲醇化后的含甲醇工质一部分送入新增的甲烷化装置进行甲烷化，另一部分送入甲醇精馏利旧装置进行精馏得到甲醇送出。
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